KR102512096B1

KR102512096B1 - 폐리튬이온배터리팩 해체시스템

Info

Publication number: KR102512096B1
Application number: KR1020220111328A
Authority: KR
Inventors: 신인승; 박형석
Original assignee: 에스아이에스 주식회사; (주)이에프씨
Priority date: 2022-09-02
Filing date: 2022-09-02
Publication date: 2023-03-20

Abstract

본 발명은 배터리팩 해체작업에 관여하는 제구성이 이송레일 직하에 일렬로 배치되는 구성을 통해 시스템 구축이 용이해지고 작업효율이 향상되는 폐리튬이온배터리팩 해체시스템에 관한 것으로서, 한 쌍의 이송레일, 상기 이송레일 상에 구비되는 갠트리 로봇으로 이루어지는 이송부; 배터리팩의 방전작업이 이루어지는 인덱스 테이블을 포함하는 방전처리부; 상기 배터리팩의 전기적, 기계적 연결을 절단하는 분해작업이 이루어지는 작업대, 상기 작업대에 인접 배치되는 한 쌍의 분해로봇과 복수의 제1이송대차를 포함하는 배터리분해부; 및 취출로봇, 상기 취출로봇에 인접 배치되어 상기 분해작업으로 상호 연결이 절단된 배터리셀을 외부로 반출하는 제2이송대차와, 상기 배터리셀이 놓여진 트레이를 외부로 반출하는 제3이송대차로 이루어지는 셀취출부;를 포함하며, 상기 인덱스 테이블, 작업대, 제2이송대차, 제3이송대차는 상기 이송레일의 직하에 배치되는 것을 특징으로 한다.

Description

폐리튬이온배터리팩 해체시스템{Dismantling system of spent lithium ion battery pack}

본 발명은 폐리튬이온배터리팩 해체시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배터리팩 해체작업에 관여하는 제구성이 이송레일 직하에 일렬로 배치되는 구성을 통해 시스템 구축이 용이해지고 작업효율이 향상되는 폐리튬이온배터리팩 해체시스템에 관한 것이다.

전기자동차의 상용화가 진전됨으로써 차량 동력원으로 사용되는 리튬이차전지의 수요 증가와 함께 폐리튬이차전지의 배출이 늘고 있는 추세이다.

다만, 폐리튬이차전지는 유해물질인 전해액을 담고 있어 별다른 처리 없이 버려지는 경우 환경오염을 유발하는 바, 안정적으로 해체 폐기하되 극판소재(구리, 알루미늄)나 니켈, 코발트, 망간, 리튬과 같은 활물질(이하 ‘유가금속’이라 한다)과 같이 경제적 가치가 있는 금속을 회수하려는 시도가 다양하게 전개되고 있다.

이에 본 출원인은 폐리튬이차전지를 셀단위로 해체한 후 복수의 이화학적 공정을 이용하여 유가금속을 회수하는 기술인 폐리튬이차전지 일괄처리시스템을 아래의 특허문헌 1에 개시한 바 있다.

상기 종래기술은 도 1에 도시된 바와 같이 분해처리부(100), 파쇄처리부(200), 알칼리 침수처리부(300), 침전처리부(400), 열처리부(500), 분급처리부(600) 및 유가금속 회수처리부(700)로 이루어진다.

차량용 리튬이차전지는 통상 다수의 단일 셀이 직렬 또는 병렬로 연결되어 배터리 모듈을 이루고, 이러한 모듈이 집적되어 배터리팩을 구성하는 구조로 이루어지는데, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 분해처리부(100)에서는 복수의 로봇(131, 133. 135)을 일렬로 배치되고, 각 로봇(131, 133. 135)의 작업암에는 레이저 헤드나 복수의 공구툴이 탈부착 가능하게 구비되어 팩, 모듈, 셀 단위로 해체작업을 수행한다.

그리고, 해체과정에서 누출되는 전해질 증기를 정화하기 위해 각 로봇(131, 133. 135) 주변에는 진공 흡입설비(150)와 증기 처리조(155)가 구비되는 것을 특징으로 한다.

다만, 팩, 모듈, 셀 단위별 해체작업을 위한 이송에 상당한 시간이 소요되어 작업효율이 저조하고, 특히 각 로봇(131, 133. 135)별로 중복설비(작업대, 컨베이어, 리프팅장치 등)가 구비되어야 함으로써 시스템 구축 비용이나 관리 측면에서도 비효율적인 것으로 판단되어 본 발명을 개시하게 되었다.

KR

10-2334855

B1 2021.11.30.

본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 설비의 구성과 배치 구조를 개선하여 이송시간을 단축할 수 있고 중복설비를 회피할 수 있는 폐리튬이온배터리팩 해체시스템을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 폐리튬이온배터리팩 해체시스템은, 한 쌍의 이송레일, 상기 이송레일 상에 구비되는 갠트리 로봇으로 이루어지는 이송부; 폐리튬이온배터리팩의 방전작업이 이루어지는 인덱스 테이블을 포함하는 방전처리부; 상기 폐리튬이온배터리팩의 전기적, 기계적 연결을 절단하는 분해작업이 이루어지는 작업대, 상기 작업대에 인접 배치되는 한 쌍의 분해로봇과 복수의 제1이송대차를 포함하는 배터리분해부; 및 취출로봇, 상기 취출로봇에 인접 배치되어 상기 분해작업으로 상호 연결이 절단된 배터리셀을 외부로 반출하는 제2이송대차와, 상기 배터리셀이 놓여진 트레이를 외부로 반출하는 제3이송대차로 이루어지는 셀취출부;를 포함하며, 상기 분해로봇이 배터리 본체의 전기적, 기계적 연결을 절단하여 분해작업을 수행하는 제1분해로봇과, 분해작업시 폐리튬이온배터리팩의 특정 부위를 클램핑하는 작업 및 절취된 스크랩을 제1이송대차에 하적하는 작업을 수행하는 제2분해로봇으로 이루어지고, 상기 분해로봇의 주변에는 복수의 툴이 구비되고, 툴들은 분해로봇의 작업암에 탈부착되며, 상기 갠트리 로봇은 배터리분해부에서 분해작업이 완료되어 셀 단위까지 분해된 폐리튬이온배터리팩이 남게 된 트레이를 제2이송대차 직상부로 이송하고 트레이를 뒤집어 배터리셀을 덤핑하며 해당 트레이를 제3이송대차에 하적하며, 상기 취출로봇은 덤핑 후에도 트레이 상에 남아있게 되는 배터리셀을 취출하여 이를 제2이송대차에 하적한다.

또한, 본 발명의 폐리튬이온배터리팩 해체시스템은, 상기 갠트리 로봇에 신축로드가 구비되며, 상기 신축로드의 단부에는 회전이 가능한 클램핑 수단이 구비되며, 상기 인덱스 테이블, 작업대, 제2이송대차, 제3이송대차는 상기 이송레일의 직하에 배치된다.

삭제

또한, 본 발명의 폐리튬이온배터리팩 해체시스템은, 상기 배터리분해부에 화재방지수단이 더 구비되며, 상기 화재방지수단에는 작업대에 구비되는 화재감지센서와 커버 및 자동 배기 장치가 포함된다.

삭제

본 발명의 폐리튬이온배터리팩 해체시스템에 의하면, 한 쌍의 분해로봇과 취출로봇을 구성하고 배터리팩 해체작업에 관여하는 제구성이 이송레일 직하에 일렬로 배치됨으로써 이송시간을 단축할 수 있고 중복설비를 회피할 수 있으므로 배터리팩 해체시스템의 구축이 보다 용이해지고 시스템 운용비용이 절감되며 작업효율이 향상되어 생산성도 증대된다.

도 1은 종래기술에 따른 폐리튬이차전지 일괄처리시스템을 도시한 구성도이다.
도 2는 종래기술에 따른 폐리튬이차전지 일괄처리시스템의 분해처리부를 확대 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 폐리튬이온배터리팩 해체시스템을 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 폐리튬이온배터리팩 해체시스템의 이송부를 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 폐리튬이온배터리팩 해체시스템의 배터리분해부를 도시한 평면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 폐리튬이온배터리팩 해체시스템의 작업대를 확대 도시한 사시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 폐리튬이온배터리팩 해체시스템의 셀취출부를 도시한 사시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 폐리튬이온배터리팩 해체시스템을 도시한 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 폐리튬이온배터리팩 해체시스템의 이송부를 도시한 사시도이며, 도 5는 본 발명에 따른 폐리튬이온배터리팩 해체시스템의 배터리분해부를 도시한 평면도이다.

도 3, 도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 폐리튬이온배터리팩 해체시스템은 이송부(10), 상기 이송부(10) 하부에 순차적으로 배치되어 각각 방전작업, 분해작업 및 취출작업(이하 ‘단위작업’이라 한다)을 수행하는 방전처리부(20), 배터리분해부(30), 셀취출부(40) 및 상기 제구성의 부속기기 작동을 관할하는 제어부로 이루어진다.

이하, 상기 구성 요소들을 중심으로 본 발명의 구체적인 내용을 설명하면, 먼저 이송부(10)는 폐리튬이온배터리팩(A)을 파지하여 다음 단위작업 장소로 이송시키는 구성으로서, 한 쌍의 이송레일(11), 상기 이송레일(11) 상에 구비되는 갠트리 로봇(13)으로 이루어진다.

상기 갠트리 로봇(13)에는 이송레일(11) 이동을 위한 휠세트(132)와 신축로드(134)가 구비되며, 상기 신축로드(134)의 단부에는 폐리튬이온배터리팩(A)을 파지하기 위한 클램핑 수단(136)이 구비되는데, 상기 클램핑 수단(136)은 후술할 배터리셀 덤핑작업을 위해 뒤집을 수 있도록 회전이 가능한 구조로 개시된다.

리튬이온계 배터리에는 유독물질 외에도 폭발성 물질인 유기용제가 함유되어 있어, 폐배터리에 잔류 전기가 있는 상태에서 폐리튬이온배터리팩(A) 해체시 쇼트가 발생하면 화재나 폭발이 일어날 수 있다.

상기 방전처리부(20)는 이러한 화재나 폭발을 방지하기 위해 잔류 전기를 방전시키는 구성으로서, 방전작업이 이루어지며 상기 이송레일(11) 직하에 배치되는 인덱스 테이블(21)을 포함한다.

상기 인덱스 테이블(21)은 인덱스 모터에 의해 회전이 가능하고 이에 따라 투입된 폐리튬이온배터리팩(A)의 회전이 가능해진다.

그리고 인덱스 테이블(21)에서 수행되는 방전방법으로는 방전기를 이용한 전기적 방전이 채용되거나 또는 산성 용액을 이용한 습식 방전이 채용될 수 있다.

배터리분해부(30)는 방전처리부(20)에서 방전작업이 완료된 폐리튬이온배터리팩(A)에서 배터리 본체(팩, 모듈, 셀)의 전기적, 기계적 연결을 절단하고 트레이를 제외한 부속품(커버, 프레임, 냉각유닛, 케이블 등)(이하 절취된 부속품을‘스크랩’이라 한다)을 수거 반출하는 구성으로서, 분해작업이 이루어지며 상기 이송레일(11) 직하에 배치되는 작업대(31), 상기 작업대(31)에 인접 배치되는 한 쌍의 분해로봇(33), 및 복수의 제1이송대차(35)를 포함한다.

상기 작업대(31)에는 분해로봇(33)의 제작업에 필요한 폐리튬이온배터리팩(A) 고정과 센터링이 이루어지도록 하는 고정지그가 구비된다.

상기 한 쌍의 분해로봇(33)은 배터리 본체의 전기적, 기계적 연결을 절단하여 분해작업을 수행하는 제1분해로봇(33a)과, 분해작업시 폐리튬이온배터리팩(A)의 특정 부위를 클램핑하는 작업 및 절취된 스크랩을 제1이송대차(35)에 하적하는 작업을 수행하는 제2분해로봇(33b)으로 이루어진다.

이를 위해 상기 분해로봇(33)의 주변에는 레이저 커팅툴, 볼팅 처리툴, 케이블 절단툴, 커버 핸들링툴, 스크랩 핸들링툴, 케이블 핸들링툴 등이 구비되어 있고, 상기 툴들은 분해로봇(33)의 작업암에 탈부착된다.

한편, 제어부에는 차종에 따라 구성이나 구조가 달라지는 폐리튬이온배터리팩(A)을 분해하기 위해 차종별 폐리튬이온배터리팩(A) 해체 매뉴얼 정보가 입력되어 있으며, 이를 기초로 상기 제어부는 분해로봇(33)의 세부 분해작업을 지시한다.

상기 제1이송대차(35)에는 절취된 스크랩이 부속품 종류에 따라 분류되어 적재된다.

한편, 방전처리부(20)에서 방전작업이 이루어지더라도 일부 모듈 또는 셀에는 전기가 잔존할 수 있으며, 이로 인해 분해작업 중에 불측의 화재가 발생할 수 있다.

이에, 배터리분해부(30)에는 화재방지수단(37)이 더 구비되는 것이 권장되며, 상기 화재방지수단(37)에는 작업대(31)에 구비되는 화재감지센서와 커버(371) 및 자동 배기 장치(미도시)가 포함한다.

그리고, 상기 화재감지센서에 의해 화재발생이 인지되면, 제어부는 상기 커버(371)를 덮어 화재 확산을 억제하는 동시에 시스템 내 작동중인 기기의 운행정지를 지시한다.

셀취출부(40)는 배터리셀의 취출작업을 수행하는 구성으로서, 취출로봇(41), 상기 취출로봇(41)에 인접 배치되는 배터리셀 반출용 제2이송대차(43)와 트레이 반출용 제3이송대차(45)로 이루어지며, 상기 제2이송대차(43)와 제3이송대차(45)는 모두 이송레일(11) 직하에 배치된다.

배터리분해부(30)에서 분해작업이 완료되면, 절취된 스크랩은 제1이송대차(35)에 하적되고, 트레이 상에는 셀 단위까지 분해된 폐리튬이온배터리팩(A)이 남게 되며, 이러한 트레이를 상기 갠트리 로봇(13)이 파지하여 먼저 제2이송대차(43) 직상부로 이송한 다음, 트레이를 뒤집어 배터리셀을 덤핑한 후 해당 트레이를 제3이송대차(45)에 하적한다.

다만, 분해작업이 이루어진 일부 배터리셀은 절단이 불완전하게 이루어져, 덤핑 후에도 트레이 상에 남아있게 되는데, 상기 취출로봇(41)이 해당 배터리셀을 취출하기 위해 추가적인 절단작업을 수행한 후 제2이송대차(43)에 하적하며, 이를 위해 상기 취출로봇(41)의 작업암에는 비젼카메라, 레이저커팅기 및 셀 파지수단이 장착된다.

이와 같이 본 발명의 해체시스템은 배터리팩의 주요 해체작업이 배터리분해부(30)에서 집중적으로 이루어지고 이송 또한 단일 구성인 이송레일(11)을 통해 이루어지는 한편, 분해 후 스크랩이나 배터리셀의 반출작업도 로봇에 의해 수행되는 바, 종래기술과 달기 이송시간을 대폭 줄일 수 있다.

또한, 종래기술과 같은 중복설비가 생략되어 시스템 구축 비용 절감 및 관리효율 향상을 꾀할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능하다.

10: 이송부
11: 이송레일 13: 갠트리 로봇
20: 방전처리부
21: 인덱스 테이블
30: 배터리분해부
31: 작업대 33: 분해로봇
35: 제1이송대차 37: 화재방지수단
40: 셀취출부
41: 취출로봇 43: 제2이송대차
45: 제3이송대차

Claims

한 쌍의 이송레일(11), 상기 이송레일(11) 상에 구비되는 갠트리 로봇(13)으로 이루어지는 이송부(10);
폐리튬이온배터리팩(A)의 방전작업이 이루어지는 인덱스 테이블(21)을 포함하는 방전처리부(20);
상기 폐리튬이온배터리팩(A)의 전기적, 기계적 연결을 절단하는 분해작업이 이루어지는 작업대(31), 상기 작업대(31)에 인접 배치되는 한 쌍의 분해로봇(33)과 복수의 제1이송대차(35)를 포함하는 배터리분해부(30); 및
취출로봇(41), 상기 취출로봇(41)에 인접 배치되어 상기 분해작업으로 상호 연결이 절단된 배터리셀을 외부로 반출하는 제2이송대차(43)와, 상기 배터리셀이 놓여졌던 트레이를 외부로 반출하는 제3이송대차(45)로 이루어지는 셀취출부(40);
를 포함하며,
상기 분해로봇(33)은 배터리 본체의 전기적, 기계적 연결을 절단하여 분해작업을 수행하는 제1분해로봇(33a)과, 절취된 스크랩을 제1이송대차(35)에 하적하는 작업을 수행하는 제2분해로봇(33b)으로 이루어지고,
상기 분해로봇(33)의 주변에는 복수의 툴이 구비되고, 툴들은 분해로봇(33)의 작업암에 탈부착되며,
상기 갠트리 로봇(13)은 배터리분해부(30)에서 분해작업이 완료되어 셀 단위까지 분해된 폐리튬이온배터리팩(A)이 남게 된 트레이를 제2이송대차(43) 직상부로 이송하고 트레이를 뒤집어 배터리셀을 덤핑하며 해당 트레이를 제3이송대차(45)에 하적하며,
상기 취출로봇(41)은 덤핑 후에도 트레이 상에 남아있게 되는 배터리셀을 취출하여 이를 제2이송대차(43)에 하적하는 것을 특징으로 하는 폐리튬이온배터리팩 해체시스템.
제1항에 있어서,
상기 갠트리 로봇(13)에는 신축로드(134)가 구비되며, 상기 신축로드(134)의 단부에는 회전이 가능한 클램핑 수단(136)이 구비되고,
상기 인덱스 테이블(21), 작업대(31), 제2이송대차(43), 제3이송대차(45)는 상기 이송레일(11)의 직하에 배치되는 것을 특징으로 하는 폐리튬이온배터리팩 해체시스템.
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제1항에 있어서,
상기 배터리분해부(30)에는 화재방지수단(37)이 더 구비되며, 상기 화재방지수단(37)에는 작업대(31)에 구비되는 화재감지센서와 커버(371) 및 자동 배기 장치가 포함되는 것을 특징으로 하는 폐리튬이온배터리팩 해체시스템.
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